BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum
Di dalam merencanakan suatu bangunan terutama bangunan yang berat akan memerlukan pondasi yang memiliki suatu daya dukung yang lebih besar. Tiang pancang merupakan jenis pondasi dalam yang berfungsi memindahkan beban dari struktur bangunan atas yang didirikan diatas lapisan tanah yang lunak ke lapisan tanah yang lebih padat dan dengan kompresiblilitas yang minimal ke lapisan batu-batuan. Dalam proses pemindahan gaya-gaya tersebut dapat dilihat bahwa gaya-gaya tersebut menimbulkan perlawanan pada dinding tiang pancang oleh tanah disekelilingnya (shaft resistance atau skin friction) atau pada dasar tiang pancang oleh tanah bawahnya (base resistance atau end bearing) atau kombinasi dari keduanya. Konsep inilah yang kemudian mendasari dalam menentukan daya dukung atau suatu tiang pancang.
2.2 Penyelidikan Tanah (Soil Investigation)
Pada perencanaan pondasi terlebih dahulu perlu diketahui susunan lapisan tanah yang sebenarnya pada suatu tempat dan juga hasil pengujian laboratorium dari sampel tanah yang diambil dari berbagai kedalaman lapisan tanah dan mungkin kalau ada perlu juga diketahui hasil pengamatan lapangan yang dilakukan sewaktu pembangunan gedung - gedung atau bangunan - bangunan lain yang didirikan dalam kondisi tanah yang serupa.
Suatu penyelidikan tanah diperlukan untuk menentukan pilihan jenis pondasi, daya dukungnya dan untuk menentukan metode konstruksi yang efisien dan juga diperlukan untuk menentukan stratifikasi (pelapisan) tanah dan
karakteristik teknis tanah sehingga perancangan dan konstruksi pondasi dapat dilakukan dengan ekonomis.
2.2.1 Sondering Test/Cone Penetration Test (CPT)
Pengujian CPT atau sondir adalah pengujian dengan menggunakan alat sondir yang ujungnya berbentuk kerucut dengan sudut 60º dan dengan luasan ujung 1,54 in² (10 cm²). Alat ini digunakan dengan cara ditekan ke dalam tanah terus menerus dengan kecepatan tetap 20 mm/detik, sementara itu besarnya perlawanan tanah terhadap kerucut penetrasi (qc ) juga terus diukur.
Dilihat dari kapasitasnya, alat sondir dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu sondir ringan (2 ton) dan sondir berat (10 ton). Sondir ringan digunakan untuk mengukur tekanan konus sampai 150 kg/cm², atau kedalam maksimal 30 m, dipakai untuk penyelidikan tanah yang terdiri dari lapisan lempung, lanau dan pasir halus. Sondir berat dapat mengukur tekanan konus 500 kg/cm² atau kedalaman maksimal 50 m, dipakai untuk penyelidikan tanah di daerah yang terdiri dari lempung padat, lanau padat dan pasir kasar.
Keuntungan utama dari penggunaan alat ini adalah tidak perlu diadakan pemboran tanah untuk penyelidikan. Tetapi tidak seperti pada pengujian SPT, dengan alat sondir sampel tanah tidak dapat diperoleh untuk penyelidikan langsung ataupun untuk uji laboratorium. Tujuan dari pengujian sondir ini adalah untuk mengetahui perlawanan penetrasi konus dan hambatan lekat tanah yang merupakan indikator dari kekuatan tanahnya dan juga dapat menentukan dalamnya berbagai lapisan tanah yang berbeda.
Dari alat penetrometer yang lazim dipakai, sebagian besar mempunyai selubung geser (bikonus) yang dapat bergerak mengikuti kerucut penetrasi tersebut. Jadi pembacaan harga perlawanan ujung konus dan harga hambatan geser dari tanah dapat dibaca secara terpisah. Ada 2 tipe ujung konus pada sondir mekanis yaitu pada (Gambar 2.1) :
1. Konus biasa, yang diukur adalah perlawanan ujung konus dan biasanya digunakan pada tanah yang berbutir kasar, dimana besar perlawanan lekatnya kecil.
2. Bikonus, yang diukur adalah perlawanan ujung konus dan hambatan lekatnya dan biasanya digunakan pada tanah yang berbutir halus.
Hasil penyelidikan dengan alat sondir ini pada umumnya digambarkan dalam bentuk grafik yang menyatakan hubungan antara kedalaman setiap lapisan tanah dengan besarnya nilai sondir yaitu perlawanan penetrasi konus atau perlawanan tanah terhadap ujung konus yang dinyatakan dalam gaya persatuan luas. Hambatan lekat adalah perlawanan geser tanah terhadap selubung bikonus yang dinyatakan dalam gaya persatuan panjang. Dari hasil sondir diperoleh nilai jumlah perlawanan (JP) dan nilai perlawanan konus (PK), sehingga hambatan lekat (HL) dapat dihitung sebagai berikut :
1. Hambatan Lekat (HL) B A x PK JP HL( ) ... (2.1)
2. Jumlah Hambatan Lekat (JHL)
n
i JHL
JHL
dimana :
JP = Jumlah perlawanan, perlawanan ujung konus + selimut (kg/cm²) PK = Perlawanan penetrasi konus, qc (kg/cm²)
A = Interval pembacaan (setiap kedalaman 20 cm) B = Faktor alat = luas konus/luas torak = 10 cm I = Kedalaman lapisan tanah yang ditinjau (m)
(a). Konus (b). Bikonus
Gambar 2.1 Dimensi Alat Sondir Mekanis
Data sondir tersebut digunakan untuk mengidentifikasikan dari profil tanah terhadap kedalaman. Hasil akhir dari pengujian sondir ini dibuat dengan menggambarkan variasi tahanan ujung (qc) dengan gesekan selimut (fs) terhadap
kedalamannya. Bila hasil sondir diperlukan untuk mendapatkan daya dukung tiang, maka diperlukan harga kumulatif gesekan (jumlah hambatan lekat), yaitu dengan menjumlahkan harga gesekan selimut terhadap kedalaman, sehingga pada kedalaman yang ditinjau dapat diperoleh gesekan total yang dapat digunakan untuk menghitung gesekan pada kulit tiang.
Besaran gesekan kumulatif (total friction) diadaptasikan dengan sebutan jumlah hambatan lekat (JHL). Bila hasil sondir digunakan untuk klasifikasi tanah, maka cara pelaporan hasil sondir yang diperlukan adalah menggambarkan tahanan ujung (qc), gesekan selimut (fs) dan ratio gesekan (fR) terhadap kedalaman tanah.
2.2.2 Standard Penetration Test (SPT)
Standard Penetration Test (SPT) sering digunakan untuk mendapatkan
daya dukung tanah secara langsung di lokasi. Metode SPT merupakan percobaan dinamis yang dilakukan dalam suatu lubang bor dengan memasukkan tabung sampel yang berdiameter dalam 35 mm sedalam 305 mm dengan menggunakan massa pendorong (palu) seberat 63, 5 kg yang jatuh bebas dari ketinggian 760 mm. Banyaknya pukulan palu tersebut untuk memasukkan tabung sampel sedalam 305 mm dinyatakan sebagai nilai N.
Tujuan dari percobaan SPT ini adalah untuk menentukan kepadatan relatif lapisan tanah dari pengambilan contoh tanah dengan tabung sehingga diketahui jenis tanah dan ketebalan tiap-tiap lapisan kedalaman tanah dan untuk memperoleh data yang kualitatif pada perlawanan penetrasi tanah serta
menetapkan kepadatan dari tanah yang tidak berkohesi yang biasa sulit diambil sampelnya. Percobaan SPT ini dilakukan dengan cara sebagai berikut :
1. Siapkan peralatan SPT yang dipergunakan seperti : mesin bor, batang bor,
split spoon sampler, hammer, dan lain – lain.
2. Letakkan dengan baik penyanggah tempat bergantungnya beban penumbuk.
3. Lakukan pengeboran sampai kedalaman testing, lubang dibersihkan dari kotoran hasil pengeboran dari tabung segera dipasangkan pada bagian dasar lubang bor.
4. Berikan tanda pada batang peluncur setiap 15 cm, dengan total 45 cm. 5. Dengan pertolongan mesin bor, tumbuklah batang bor ini dengan pukulan
palu seberat 63,5 kg dan ketinggian jatuh 76 cm hingga kedalaman tersebut, dicatat jumlah pukulan untuk memasukkan penetrasi setiap 15 cm (N value).
Contoh : N1 = 10 pukulan/15 cm N2 = 5 pukulan/15 cm N3 = 8 pukulan/15 cm
Maka total jumlah pukulan adalah jumlah N2 dengan N3 adalah 5 + 8 = 13 pukulan = nilai N. N1 tidak diperhitungkan karena dianggap 15 cm pukulan pertama merupakan sisa kotoran pengeboran yang tertinggal pada dasar lubang bor, sehingga perlu dibersihkan untuk memperkecil efisiensi gangguan.
6. Hasil pengambilan contoh tanah dari tabung tersebut dibawa ke permukaan dan dibuka. Gambarkan contoh jenis - jenis tanah yang
meliputi komposisi, struktur, konsistensi, warna dan kemudian masukkan ke dalam botol tanpa dipadatkan atau kedalaman plastik, lalu ke core box. 7. Gambarkan grafik hasil percobaan SPT.
Catatan : Pengujian dihentikan bila nilai SPT ≥ 50 untuk 4x interval.
2.2.3 Kekuatan Tanah (Shear Strenght)
Kuat geser tanah adalah kemampuan tanah melawan tegangan geser yang terjadi pada saat terbebani. Keruntuhan geser (shear failure) tanah terjadi bukan disebabkan karena hancurnya butir-butir tanah tersebut tetapi karena adanya gerak relatif antara butir-butir tanah tersebut. Pada peristiwa kelongsoran suatu lereng berarti telah terjadi pergeseran dalam butir-butir tanah tersebut. Kekuatan geser yang dimiliki oleh suatu tanah disebabkan oleh :
Pada tanah berbutir halus (kohesif) misalnya lempung kekuatan geser yang dimiliki oleh suatu tanah disebabkan karena adanya kohesi atau lekatan antara butir-butir tanah.
Pada tanah berbutir kasar (non kohesif), kekuatan geser disebabkan karena adanya gerakan antara butir-butir tanah sehingga sering disebut sudut gesek dalam.
Pada tanah yang merupakan campuran antara tanah halus dan tanah kasar, kekuatan geser disebabkan karena adanya lekatan (karena kohesi) dan gesekan antara butir-butir tanah.
Hal – hal yang perlu diketahui tentang kuat geser tanah adalah :
Keamanan atau kenyamanan struktur yang berdiri di atas tanah tergantung pada kekuatan tanah dibawahnya.
Jika tanah runtuh, maka struktur tersebut akan runtuh yang merenggut korban dan kerugian ekonomi.
Kekuatan tanah yang dimaksud adalah kekuatan geser tanah (shear strength).
Kekuatan geser (shear strength) tanah merupakan gaya tahanan internal yang bekerja per satuan luas masa tanah untuk menahan keruntuhan atau kegagalan sepanjang bidang runtuh dalam masa tanah tersebut. Pemahaman terhadap proses dari perlawanan geser sangat diperlukan untuk analisis stabilitas tanah seperti kuat dukung, stabilitas lereng, tekanan tanah lateral pada struktur penahan tanah.
Kekuatan geser dalam mempunyai variable kohesi dan sudut geser dalam. Sudut geser dalam bersamaan dengan kohesi menentukan ketahanan tanah akibat tegangan yang bekerja berupa tekanan lateral tanah. Nilai ini juga didapatkan dari pengukuran engineering properties tanah berupa triaxial test dan direct shear test. Hubungan antara sudut geser dalam dan jenis tanah ditunjukkan pada tabel II.1
Tabel II.1 Hubungan antara sudut geser dalam dengan jenis tanah Jenis Tanah Sudut geser Dalam
Kerikil kepasiran 35 - 40 Kerikil kerakal 35 - 40 Pasir padat 35 - 40 Pasir lepas 30 Lempung kelanauan 25 – 30 Lempung kelanauan 20 - 25
2.3 Pondasi Tiang
Pondasi adalah struktur bagian bawah bangunan yang berhubungan langsung dengan tanah atau bagian bangunan yang terletak di bawah permukaan tanah yang mempunyai fungsi memikul beban bangunan di atasnya. Pondasi harus diperhitungkan untuk dapat menjamin kestabilan bangunan terhadap beratnya sendiri, beban-beban bangunan (beban isi bangunan), gaya-gaya luar seperti tekanan angin, gempa bumi dan lain-lain.
Pondasi tiang adalah suatu konstruksi pondasi yang mampu menahan gaya orthogonal kesumbu tiang dengan jalan menyerap lenturan. Pondasi tiang dibuat menjadi satu kesatuan yang monolit dengan menyatukan pangkal tiang pancang yang terdapat dibawah konstruksi, dengan tumpuan pondasi. (Sosrodarsono dan Nakazawa, 2000).
Pondasi tiang digunakan untuk mendukung bangunan bila lapisan tanah kuat terletak sangat dalam. Pondasi jenis ini dapat juga digunakan untuk mendukung bangunan yang menahan gaya angkat keatas, terutama pada bangunan-bangunan tingkat yang tinggi yang dipengaruhi oleh gaya-gaya penggulingan akibat angin. Tiang-tiang juga digunakan untuk mendukung bangunan dermaga. (Hardiyatmo, 2003).
2.4 Klasifikasi Pondasi Tiang Terdapat 2 klasifikasi pondasi, yaitu :
a. Pondasi dangkal
Adalah pondasi yang memindahkan beban langsung ke lapisan permukaan tanah. Pada prinsipnya pondasi dangkal hanya mengandalkan tahanan ujungnya
saja, karena tahanan gesek dindingnya (tahanan selimut) kecil. Yang termasuk jenis pondasi dangkal adalah pondasi telapak (spread footing), pondasi memanjang (continous footing) dan pondasi rakit (mat foundation).
(a) (b)
(c)
(d) (e)
Gambar 2.2 Macam-macam tipe pondasi : (a) Pondasi memanjang, (b) Pondasi telapak, (c) Pondasi rakit, (d) Pondasi sumuran, (e) Pondasi tiang
(Hardiyatmo, 1996)
Beban Beban Beban
Pondasi Tikar
1. Pondasi dalam (deep foundation)
Perbandingan kedalaman dengan lebar pondasi lebih dari empat (D/B ≥ 4), meneruskan beban ke tanah keras atau batu, terletak jauh dari permukaan; contoh: tiang pancang, V pile, bore pile:
1. Pondasi sumuran (pier foundation); peralihan pondasi dangkal dan pondasi tiang (Gambar 2.2d), dipakai bila lapisan tanah kuat letaknya relatif jauh. 2. Pondasi tiang (pile foundation); digunakan bila lapisan tanah di kedalaman
normal tidak mampu mendukung bebannya dan lapisan tanah kerasnya sangat dalam (Gambar 2.2e), terbuat dari kayu, beton dan baja. Diameter lebih kecil dan lebih panjang dibanding pondasi sumuran (Bowles, 1991). Pondasi yang akan digunakan didasarkan pada: fungsi konstruksi atas, beban berat konstruksi atas ( termasuk berat sendiri ), pembandingan kondisi tanah.
2.5 Penggolongan Pondasi Tiang Pancang
Pada perencanaan pondasi, pemilihan jenis pondasi tiang pancang untuk berbagai jenis keadaan tergantung pada banyak variabel. Faktor - faktor yang perlu dipertimbangkan di dalam pemilihan tiang pancang antara lain tipe dari tanah dasar yang meliputi jenis tanah dasar dan ciri - ciri topografinya, alasan teknis pada waktu pelaksanaan pemancangan dan jenis bangunan yang akan dibangun. Pondasi tiang dapat digolongkan berdasarkan material yang digunakan dan berdasarkan cara penyaluran beban yang diterima tiang ke dalam tanah.
2.5.1 Pondasi tiang pancang menurut pemakaian bahan dan karakteristik strukturnya
A. Tiang pancang kayu
Jenis pondasi tiang yang paling primitif adalah tiang kayu. Pondasi jenis ini mudah diperoleh, dapat dipotong sesuai dengan panjang yang diinginkan, dan pada kondisi lingkungan tertentu dapat bertahan lama, akan tetapi tiang kayu dapat mengalami pembusukan atau rusak akibat dimakan serangga.
Tiang kayu diperoleh dari pohon yang berdiameter 150 - 400 mm dan panjang 6 - 15 m. beban maksimum yang dapat dipikul oleh tiang kayu tunggal adalah sekitar 270 – 300 kN. Pondasi tiang kayu sangat cocok digunakan sebagai tiang gesekan. Tiang ini umumnya mengalami kerusakan ringan saat dipancang, sehingga tidak direkomendasikan untuk digunakan sebagai tiang tahanan ujung pada tanah pasir padat atau tanah berbatu. Untuk mengatasi kerusakan pada pemancangan pondasi tiang kayu dapat ditempuh cara sebagai berikut :
Menggunakan palu ringan
Pada ujungnya diberi gelang baja, cincin besi dan sepatu dari besi
Sebelum pemancangan dilakukan pemboran (pre-drilling)
B. Tiang pancang beton
Tiang pancang jenis ini terbuat dari beton seperti biasanya. Tiang pancang ini dapat dibagi dalam 3 macam berdasarkan cara pembuatannya (Bowles, 1991), yaitu:
a. Precast Reinforced Concrete Pile
Precast Reinforced Concrete Pile adalah tiang pancang beton bertulang
yang dicetak dan dicor dalam acuan beton (bekisting) yang setelah cukup keras kemudian diangkat dan dipancangkan. Karena tegangan tarik beton kecil dan praktis dianggap sama dengan nol, sedangkan berat sendiri beton besar, maka tiang pancang ini harus diberikan penulangan yang cukup kuat untuk menahan momen lentur yang akan timbul pada waktu pengangkatan dan pemancangan.
Tiang pancang ini dapat memikul beban yang lebih besar dari 50 ton untuk setiap tiang, hal ini tergantung pada jenis beton dan dimensinya. Precast
Reinforced Concrete Pile penampangnya dapat berupa lingkaran, segi empat, segi
Gambar 2.4 Tiang pancang beton segitiga precast concrete pile b. Precast Prestressed Concrete Pile
Tiang pancang Precast Prestressed Concrete Pile adalah tiang pancang beton yang dalam pelaksanaan pencetakannya sama seperti pembuatan beton prestess, yaitu dengan menarik besi tulangannya ketika dicor dan dilepaskan setelah beton mengeras seperti dalam (Gambar 2.5). Untuk tiang pancang jenis ini biasanya dibuat oleh pabrik yang khusus membuat tiang pancang, untuk ukuran dan panjangnya dapat dipesan langsung sesuai dengan yang diperlukan.
c. Cast in Place
Cast in Place merupakan tiang pancang yang dicor ditempat dengan cara
membuat lubang ditanah terlebih dahulu dengan cara melakukan pengeboran. Pada Cast in Place ini dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu :
1. Dengan pipa baja yang dipancangkan ke dalam tanah, kemudian diisi dengan beton dan ditumbuk sambil pipa baja tersebut ditarik keatas.
2. Dengan pipa baja yang dipancang ke dalam tanah, kemudian diisi dengan beton sedangkan pipa baja tersebut tetap tinggal di dalam tanah.
Gambar 2.6 Tiang pancang Cast in place pile (Sardjono, 1991)
C. Tiang pancang baja.
Pondasi tiang baja umumnya berbentuk pipa atau profil H dan umumnya tiang jenis ini ringan, kuat, mampu menahan beban yang berat dan penyambungan
tiang dapat dilakukan dengan sangat mudah. Tiang baja pipa dapat dipancang dengan bagian ujung tertutup maupun terbuka. Berdasarkan pengalaman, bentuk ujung terbuka lebih menguntungkan dari segi kedalaman penetrasi dan dapat dikombinasi dengan pemboran bila diperlukan. Selain itu, tanah yang berada pada bagian dalam pipa dapat dikeluarkan dengan mudah dan dapat diisi kembali dengan beton jika diinginkan.
Untuk penetrasi ke dalam tanah berbatu disarankan menggunakan tiang baja profil H., karena jenis ini tidak banyak mendesak volume tanah dan tidak menyebabkan penyembulan. Tiang pipa memiliki inersia lebih tinggi daripada tiang H, sehingga dapat digunakan untuk memikul beban lateral yang besar.
Tipe lain dari tiang baja yang digunakan untuk memikul beban ringan adalah screw pile yang pemasangannya dilakukan dengan cara memutar tiang tersebut ke dalam tanah tanpa adanya penggalian. Tiang ini dapat digunakan untuk semua jenis tanah dan paling sering digunakan untuk menahan tarik
(tension piles). Kelemahan dari tiang baja adalah memiliki sifat korosi terhadap
asam maupun air. Tingkat karat pada tiang pancang baja sangat berbeda-beda terhadap tekstur tanah, panjang tiang yang berada dalam tanah dan keadaan kelembapan tanah.
a. Pada tanah yang memiliki tekstur tanah yang kasar/kesap, maka karat yang terjadi karena adanya sirkulasi air dalam tanah tersebut hampir mendekati keadaan karat yang terjadi pada udara terbuka.
b. Pada tanah liat ( clay ) yang mana kurang mengandung oksigen maka akan menghasilkan tingkat karat yang mendekati keadaan karat yang terjadi karena terendam air.
c. Pada lapisan pasir yang dalam letaknya dan terletak dibawah lapisan tanah yang padat akan sedikit sekali mengandung oksigen maka lapisan pasir tersebut juga akan akan menghasilkan karat yang kecil sekali pada tiang pancang baja.
Pada umumnya tiang pancang baja akan berkarat di bagian atas yang dekat dengan permukaan tanah. Hal ini disebabkan karena Aerated-Condition (keadaan udara pada pori-pori tanah) pada lapisan tanah tersebut dan adanya bahan-bahan organis dari air tanah. Hal ini dapat ditanggulangi dengan memoles tiang baja tersebut dengan ter (coaltar) atau dengan sarung beton sekurang-kurangnya 20” ( ± 60 cm ) dari muka air tanah terendah.
Karat/korosi yang terjadi karena udara (atmosphere corrosion) pada bagian tiang yang terletak di atas tanah dapat dicegah dengan pengecatan seperti pada konstruksi baja biasa.
D. Tiang pancang komposit.
Tiang pancang komposit adalah tiang pancang yang terdiri dari dua bahan yang berbeda yang bekerja bersama-sama sehingga merupakan satu tiang. Kadang-kadang pondasi tiang dibentuk dengan menghubungkan bagian atas dan bagian bawah tiang dengan bahan yang berbeda, misalnya dengan bahan beton di atas muka air tanah dan bahan kayu tanpa perlakuan apapun disebelah bawahnya. Biaya dan kesulitan yang timbul dalam pembuatan sambungan menyebabkan cara ini diabaikan.
2.5.2 Pondasi tiang pancang menurut pemasangannya
Pondasi tiang pancang menurut cara pemasangannya dibagi dua bagian besar, yaitu :
A. Tiang pancang pracetak
Bentuk penampang tiang ini dapat berbagai rupa namun umumnya berbentuk lingkaran, persegi empat, segi tiga dan oktagonal. Pembuatan tiang beton pracetak adalah dengan cara dicetak di lokasi tertentu, kemudian diangkut ke lokasi pembangunan. Tiang beton pracetak dapat dibuat berlubang maupun tidak. Tiang beton pracetak dibuat berlubang dengan tujuan untuk menghemat berat tiang itu sendiri. Ukuran yang biasa dipakai untuk tiang yang tidak berlubang adalah berkisar antara 20 sampai 60 cm, sedangkan untuk tiang yang bagian tengahnya berlubang diameternya dapat mencapai 140 cm. Panjang tiang beton pracetak yang tidak berlubang biasanya berkisar antara 20 sampai 40 m, sedangkan untuk tiang beton pracetak yang bagian tengahnya berlubang panjang tiang dapat mencapai 60 m.
Pondasi tiang beton pracetak dirancang agar mampu menahan gaya dan momen lentur yang timbul pada saat pengangkatan dan tegangan-tegangan saat pemancangan disamping beban yang harus dipikul. Tipe tiang ini dapat bersifat sebagai tiang gesekan maupun tiang tahanan ujung.
Keuntungan tiang beton pracetak adalah sebagai berikut : Bahan tiang dapat diperiksa sebelum dipasang
Prosedur pemasangan tidak dipengaruhi oleh air tanah Tiang dapat dipancang sampai kedalaman yang dalam
Adapun kerugian dari tiang beton pracetak, yaitu :
Penggembungan tanah akibat pemancangan dapat menimbulkan masalah Tiang kadang-kadang rusak akibat pemancangan
Bila diameter tiang terlalu besar akan sulit dilakukan pemancangan Pemancangan tiang dapat mempengaruhi bangunan di sekitarnya
Penulangan dipengaruhi oleh tegangan yang terjadi pada waktu pengangkutan dan pemancangan tiang
B. Tiang yang dicor ditempat (cast in place pile)
Tiang yang dicor ditempat (cast in place pile) ini menurut teknik penggaliannya terdiri dari beberapa macam cara yaitu :
1. Cara penetrasi alas
Cara penetrasi alas yaitu pipa baja yang dipancangkan kedalam tanah kemudian pipa baja tersebut dicor dengan beton.
2. Cara penggalian
Cara ini dapat dibagi lagi menurut peralatan pendukung yang digunakan antara lain :
a. Penggalian dengan tenaga manusia
Penggalian lubang pondasi tiang pancang dengan tenaga manusia adalah penggalian lubang pondasi yang masih sangat sederhana dan merupakan cara konvensional. Hal ini dapat dilihat dengan cara pembuatan pondasi dalam, yang pada umumnya hanya mampu dilakukan pada kedalaman tertentu.
b. Penggalian dengan tenaga mesin
Penggalian lubang pondasi tiang pancang dengan tenaga mesin adalah penggalian lubang pondasi dengan bantuan tenaga mesin, yang memiliki kemampuan lebih baik dan lebih canggih.
2.6 Peralatan Pemancangan (Driving Equipment)
Untuk memancangkan tiang pancang ke dalam tanah digunakan alat pancang. Pada dasarnya alat pancang terdiri dari tiga macam, yaitu :
1. Drop hammer
2. Single - acting hammer 3. Double - acting hammer
Bagian - bagian yang paling penting pada alat pancang adalah pemukul (hammer), leader, tali atau kabel dan mesin uap.
2.7 Hidrolik Sistem
Hidrolik Sistem adalah suatu metode pemancangan pondasi tiang dengan menggunakan mekanisme hydraulic jacking foundation system, dimana sistem ini telah mendapatkan hak paten dari United States, United Kingdom, China dan New Zealand.
Sistem ini terdiri dari suatu hydraulic ram yang ditempatkan pararel dengan tiang yang akan dipancang, dimana untuk menekan tiang tersebut ditempatkan sebuah mekanisme berupa plat penekan yang berada pada puncak tiang dan juga ditempatkan sebuah mekanisme pemegang (grip) tiang, kemudian
tiang ditekan ke dalam tanah. Dengan sistem ini tiang akan tertekan secara kontiniu ke dalam tanah, tanpa suara, tanpa pukulan dan tanpa getaran.
Penempatan sistem penekan hydraulic yang senyawa dan menjepit pada dua sisi tiang menyebabkan didapatkannya posisi titik pancang yang cukup presisi dan akurat. Ukuran diameter piston mesin hydraulic jack tergantung dengan besar kapasitas daya dukung mesin tersebut. Sebagai pembebanan, ditempatkan balok – balok beton atau plat – plat besi pada dua sisi bantalan alat yang pembebanannya disesuaikan dengan muatan yang dibutuhkan tiang.
Keunggulan teknologi hidrolik sistem ini yang ditinjau dari beberapa segi, antara lain adalah :
1. Bebas getaran
Bila suatu proyek yang akan dikerjakan berdampingan dengan bangunan, pabrik atau instansi yang sarat akan peralatan instrumentasi yang sedang bekerja, maka teknologi hydraulic jacking system ini akan menyelesaikan masalah wajib bebas getaran terhadap instalasi yang ada tersebut.
2. Bebas pengotoran lokasi kerja dan udara serta bebas dari kebisingan Teknologi pemancangannya bersih dari asap dan partikel debu (jika menggunakan drop hammer) serta bebas dari unsur berlumpur (jika menggunakan bore piles). Karena sistem ini juga tidak bising akibat suara pukulan pancang (seperti pada drop hammer), maka untuk lokasi yang membutuhkan ketenangan seperti rumah sakit, sekolah dan bangunan di tengah kota, teknologi ini tidak akan membuat lingkungan sekitarnya terganggu. hydraulic jacking system ini juga disebut dengan teknologi berwawasan lingkungan (environment friendly).
3. Daya dukung aktual pertiang diketahui
Seperti kita ketahui bahwa kondisi tanah asli di bawah pondasi yang akan dibangun umumnya terdiri dari lapisan – lapisan yang berbeda ketebalannya, jenis tanah maupun daya dukungnya. Dengan hydraulic
jacking system, daya dukung setiap tiang dapat diketahui dan dimonitor
langsung dari manometer yang dipasang pada peralatan hydraulic jacking
system sepanjang proses pemancangan berlangsung.
4. Harga yang ekonomis
Teknologi hydraulic jacking ini tidak memerlukan pemasangan tulangan ekstra penahan impack pada kepala tiang seperti pada tiang pancang umumnya. Disamping itu, dengan sistem pemancangan yang simpel dan cepat menyebabkan biaya operasional yang lebih hemat.
5. Lokasi kerja yang terbatas
Dengan tinggi alat yang relatif rendah, hydraulic jacking system ini dapat digunakan pada basement, ground floor atau lokasi kerja yang terbatas, Alat hydraulic jacking system ini dapat dipisahkan menjadi beberapa komponen sehingga memudahkan untuk dapat dibawa masuk atau keluar lokasi kerja.
Kekurangan dari teknologi, hydraulic jacking system antara lain adalah : 1. Apabila terdapat batu atau lapisan tanah keras yang tipis pada ujung tiang
yang ditekan, maka hal tersebut akan mengakibatkan kesalahan pada saat pemancangan.
2. Sulitnya mobilisasi alat pada daerah lunak ataupun pada daerah berlumpur (biasanya pada areal tanah timbunan).
3. Karena hydraulic jacking ini mempunyai berat sekitar 120 ton dan saat permukaan tanah yang tidak sama daya dukungnya, maka hal tersebut akan dapat mengakibatkan posisi alat pancang menjadi miring bahkan tumbang. Kondisi ini akan sangat berbahaya terhadap keselamatan pekerja.
4. Pergerakan alat hydraulic jacking ini sedikit lambat, proses pemindahannya relatif lama untuk pemancangan titik yang berjauhan.
Metode kerja pondasi tiang pancang sistem tekan (hydraulic static pile driver) Tiang pacang harus dirancang, dicor dan dirawat untuk memperoleh kekuatan yang diperlukan sehingga tahan terhadap pengangkutan, penanganan, dan tekanan akibat pemancangan tanpa kerusakan. Tiang pancang segi empat harus mempunyai sudut-sudut yang ditumpulkan. Pipa pancang berongga (hollow piles) harus digunakan bilamana panjang tiang yang diperlukan melebihi dari biasanya. Baja tulangan harus disediakan untuk menahan tegangan yang terjadi akibat pengangkatan, penyusunan dan pengangkutan tiang pancang maupun tegangan yang terjadi akibat pemncangan dan beban-beban yang didukung. Selimut beton tidak boleh kurang dari 40 mm dan bilamana tiang pancang terekspos terhadap air laut atau korosi lainnya, selimut beton tidak boleh kurang dari 75 mm.
Gambar 2.8 Langkah Pelaksanaan Pondasi Tiang Pelaksanaannya akan dijelaskan di bawah ini:
1. Mobilisasi Tiang Pancang
Tiang pancang yang telah diproduksi di pabrik akan di antar ke lokasi proyek, setelah sampai di proyek perlu kita perhatikan kondisi tiang dan pastikan kondisi tiang bagus dan tidak ada keretakan pada tiang, hal lain yang perlu diperhatikan adalah tata cara pengangkatan tiang pancang dari kenderaan pengangkut ke tempat penyimpanan tiang, tiang diangkat menggunakan crane dengan posisi tiang seperti gambar dibawah ini :
Mengatur lalu lintas dan jalan akses untuk mobilisasi alat pemancang
Mengatur posisi tiang
Pemancangan tiang
Penyambungan tiang
Kepala tiang
Produksi tiang
Gambar 2.9 Posisi tiang pada saat di angkat
2. Persiapan Lokasi Pemancangan
Mempersiapkan lokasi dimana alat pemancang akan diletakan, tanah haruslah dapat menopang berat alat. Bilamana elevasi akhir kepala tiang pancang berada di bawah permukaan tanah asli, maka galian harus dilaksanakan terlebih dahulu sebelum pemancangan.
3. Persiapan Alat Pemancang
Pelaksana harus menyediakan alat untuk memancang tiang yang sesuai dengan jenis tanah dan jenis tiang pancang sehingga tiang pancang tersebut dapat menembus masuk pada kedalaman yang telah ditentukan atau mencapai daya dukung yang telah ditentukan,tanpa kerusakan. Bila diperlukan, pelaksana dapat melakukan penyelidikan tanah terlebih dahulu. Alat pancang yang digunakan dapat dari jenis drop hammer, diesel atau hidrolik.
Gambar 2.10 Alat pemancang hidrolik 4. Penyimpanan tiang pancang
Tiang pancang disimpan di sekitar lokasi yang akan dilakukan pemancangan. Tiang pancang disusun seperti piramida, dan dialasi dengan kayu 5/10. Penyimpanan dikelompokan sesuai dengan type, diameter, dimensi yang sama.
Gambar 2.11 Penyimpanan tiang pancang 5. Pemancangan
Kepala tiang pancang harus dilindungi dengan bantalan topi atau mandrel.Tiang pancang diikatkan pada sling yang terdapat pada alat, lalu
ditarik sehingga tiang pancang masuk pada bagian alat. Setelah kemiringan telah sesuai, kemudian dilakukan pemancangan.
Gambar 2.12 Proses pemancangan 6. Penyambungan
Bila kedalaman pemancangan lebih dalam dari pada panjang tiang pancang satu batang, maka perlu dilakukan penyambungan dengan tiang pancang kedua, yaitu dengan pengelasan.
Gambar 2.13 Penyambungan tiang pancang 2.8 Kapasitas Daya Dukung
2.8.1 Kapasitas daya dukung tiang dari data sondir
Diantara perbedaaan tes dilapangan, sondir atau Cone Penetration Test (CPT) sering kali sangat dipertimbangkan peranan dari geoteknik. CPT atau
sondir ini tes yang sangat cepat, sederhana, ekonomis dan tes tersebut dapat dipercaya dilapangan dengan pengukuran terus-menerus dari permukaan tanah-tanah dasar. CPT atau sondir ini dapat juga mengklasifikasi lapisan tanah-tanah dan dapat memperkirakan kekuatan dan karakteristik dari tanah. Didalam perencanaan pondasi tiang (pile), data tanah sangat diperlukan dalam merencanakan kapasitas daya dukung (bearing capacity) tiang sebelum pembangunan dimulai, guna menentukan kapasitas daya dukung ultimit dari tiang. Kapasitas daya dukung ultimit ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :
Qu = Qb + Qs = qbAb + f.As
...………(2.3) Dimana :
Qu = Kapasitas daya dukung aksial ultimit tiang. Qb = Kapasitas tahanan di ujung tiang.
Qs = Kapasitas tahanan kulit.
qb = Kapasitas daya du kung di ujung tiang persatuan luas. Ab = Luas di ujung tiang.
f = Satuan tahanan kulit persatuan luas. As = Luas kulit tiang.
Dalam menentukan kapasitas daya dukung aksial ultimit (Qu) dipakai Metode Aoki dan De Alencar.
Aoki dan De Alencar mengusulkan untuk memperkirakan kapasitas dukung ultimit dari data Sondir. Kapasitas dukung ujung persatuan luas (qb) diperoleh sebagai berikut :
... (2.4)
b ca b F base q q s s c F side q F ( ) Dimana :
qca (base) = Perlawanan konus rata-rata 1,5D diatas ujung tiang, 1,5D dibawah ujung tiang dan Fb adalah faktor empirik tergantung pada tipe tanah. Tahanan kulit persatuan luas (f) diprediksi sebagai berikut :
... (2.5) Dimana :
qc (side) = Perlawanan konus rata-rata pada masing lapisan sepanjang tiang.
Fs = Faktor empirik yang tergantung pada tipe tanah. Fb = Faktor empirik yang tergantung pada tipe tanah.
Faktor Fb dan Fs diberikan pada Tabel II.1 dan nilai-nilai faktor empirik αs diberikan pada Tabel II.2.
Tabel II.2 Faktor emperik Fb dan Fs (Titi & Farsakh, 1999)
Tipe Tiang Pancang Fb Fs
Tiang Bor 3,5 7,0
Baja 1,75 3,5
Tabel II.3 Nilai faktor empirik untuk tipe tanah yang berbeda (Titi & Farsakh, 1999) Tipe Tanah As (%) Tipe Tanah αs (%) Tipe Tanah αs (%) Pasir 1,4 Pasir berlanau 2,2 Lempung berpasir 2,4 Pasir kelanauan 2,0 Pasir berlanau dengan lempung 2,8 Lempung berpasir dengan lanau 2,8 Pasir kelanauan dengan lempung 2,4 Lanau 3,0 Lempung berlanau dengan pasir 3,0 Pasir berlempung dengan lanau 2,8 Lanau berlempung dengan pasir 3,0 Lempung berlanau 4,0 Pasir berlempung 3,0 Lanau berlempung 3,4 Lempung 6,0
Pada umumnya nilai αs untuk pasir = 1,4 persen, nilai αs untuk lanau = 3,0 persen dan nilai αs untuk lempung = 1,4 persen.
Untuk menghitung daya dukung tiang pancang berdasarkan data hasil pengujian sondir dapat dilakukan dengan menggunakan metode Meyerhoff. Daya dukung ultimit pondasi tiang dinyatakan dengan rumus :
Qult = (qc x Ap)+(JHL x K) ...……….(2.6) Dimana :
Qult = Kapasitas daya dukung tiang pancang tunggal. qc = Tahanan ujung sondir.
Ap = Luas penampang tiang. JHL = Jumlah hambatan lekat. K = Keliling tiang
Daya dukung ijin pondasi dinyatakan dengan rumus :
Qijin = ...(2.7) dimana :
Qijin = Kapasitas daya dukung ijin pondasi. qc = Tahanan ujung sondir.
Ap = Luas penampang tiang. JHL = Jumlah hambatan lekat.
K = Keliling tiang.
2.8.2 Kapasitas daya dukung tiang dari data SPT
Harga N yang diperoleh dari SPT tersebut diperlukan untuk memperhitungkan daya dukung tanah. Daya dukung tanah tergantung pada kuat geser tanah. Hipotesis pertama mengenai kuat geser tanah diuraikan oleh Coulomb yang dinyatakan dengan:
τ = c + σ tan Ø ...……….………..… (2.8)
dimana :
τ = Kekuatan geser tanah (kg/cm²) c = Kohesi tanah (kg/cm²)
σ = Tegangan normal yang terjadi pada tanah (kg/cm²) Ø = Sudut geser tanah (º)
5 3 JHLxK xA qc c
Table II.4 Hal-hal yang perlu dipertimbangkan untuk penentuan harga N (Sosrodarsono, 1983)
Klasifikasi Hal-hal yang perlu diperhatikan dan dipertimbangkan
Hal yang perlu dipertimbangkan secara menyeluruh dari hasil-hasil survei sebelumnya
Unsur tanah, variasi daya dukung vertikal
(kedalaman permukaan dan susunannya), adanya lapisan lunak (ketebalan konsolidasi atau
penurunan), kondisi drainase dan lain-lain Hal-hal yang perlu diperhatikan
langsung
Tanah pasir (tidak kohesif)
Berat isi, sudut geser dalam, ketahanan terhadap penurunan dan daya dukung tanah Tanah lempung
(kohesif)
Keteguhan, kohesi, daya dukung dan ketahanan terhadap hancur
Untuk mendapatkan sudut geser tanah dari tanah tidak kohesif (pasiran) biasanya dapat dipergunakan rumus Dunham (1962) sebagai berikut :
1. Tanah berpasir berbentuk bulat dengan gradasi seragam, atau butiran pasir bersegi segi dengan gradasi tidak seragam, mempunyai sudut geser sebesar :
15 12
N
... (2.6)
2. Butiran pasir bersegi dengan gradasi seragam, maka sudut gesernya adalah :
27 3 . 0 N ... (2.7)
Angka penetrasi sangat berguna sebagai pedoman dalam eksplorasi tanah dan untuk memperkirakan kondisi lapisan tanah. Hubungan antara angka penetrasi standart dengan sudut geser tanah dan kepadatan relatif untuk tanah berpasir, secara perkiraan dapat dilihat pada tabel II.5 berikut :
Tabel II.5 Hubungan antara angka penetrasi standard dengan sudut geser dalam dan kepadatan relatif pada tanah pasir (Das, 1985)
Angka Penetrasi Standart, N Kepadatan Relatif Dr (%)
Sudut Geser Dalam Ø (º) 0 – 5 0 – 5 26 – 30 5 – 10 5 – 30 28 – 35 10 – 30 30 – 60 35 – 42 30 – 50 60 – 65 38 – 46
Hubungan antara harga N dengan berat isi yang sebenarnya hampir tidak mempunyai arti karena hanya mempunyai partikel kasar (tabel II.6). Harga berat isi yang dimaksud sangat tergantung pada kadar air.
Table II.6 Hubungan antara N dengan Berat Isi Tanah (Sosrodarsono, 1983)
Tanah tidak kohesif Harga N <10 10 - 30 30 – 50 >50 Berat isi γ kN/ m3 12 – 16 14 - 18 16 – 20 18 – 23 Tanah kohesif Harga N <4 4 - 15 16 – 25 >25 Berat isi γ kN/ m3 14 – 18 16 - 18 16 – 18 >20
Pada tanah tidak kohesif daya dukung sebanding dengan berat isi tanah, hal ini berarti bahwa tinggi muka air tanah banyak mempengaruhi daya dukung pasir. Tanah dibawah air mempunyai berat isi efektif yang kira-kira setengah berat isi tanah diatas muka air.
Tanah dapat dikatakan mempunyai daya dukung yang baik, dapat dinilai dari ketentuan berikut ini :
1. Lapisan kohesif mempunyai nilai SPT, N > 35
2. Lapisan kohesif mempunyai harga kuat tekan (qu) 3 – 4 kg/cm² atau harga SPT, N > 15
Hasil percobaan pada SPT ini hanya merupakan perkiraan kasar, jadi bukan merupakan nilai yang teliti. Dalam pelaksanaan umumnya hasil sondir lebih dapat dipercaya dari pada percobaan SPT. Perlu menjadi catatan bagi kita bahwa jumlah pukulan untuk 15 cm pertama yang dinilai N1 tidak dihitung karena permukaan tanah dianggap sudah terganggu.
1. Daya dukung pondasi tiang pada tanah non kohesif Qp = 40 x N – SPT x
D Lb
x Ap ...………...…(2.8) 2. Tahanan geser selimut tiang pada tanah non kohesif
Qs = 2 x N – SPT x p x Li ...……….…..(2.9) Dimana :
Li = Panjang Lapisan Tanah (m) p = Keliling Tiang (m)
3. Daya dukung pondasi tiang pada tanah kohesif
Qp = 9 x cu x Ap ...……….…(2.10) Dimana :
Ap = Luas Penampang Tiang (m²) cu = Kohesi Undrained (kN/m²)
4. Tahanan geser selimut tiang pada tanah kohesif
Qs = α x cu x p x Li ………...…………...……….…(2.12) Dimana :
α = Koefisien adhesi antara tanah dan tiang cu = Kohesi undrained (kN/m²)
p = Keliling tiang (m)
Li = Panjang lapisan tanah (m)
2.8.3 Berdasarkan bacaan manometer alat hydraulic jack
Kapasitas daya dukung tiang pancang dapat diketahui berdasarkan bacaan manometer yang tersedia pada alat pancang hydraulic jack. Kapasitas daya dukung tiang dapat dihitung dengan rumus :
Q = P x A ...………(2.13) Keterangan :
Q = Daya dukung tiang pada saat pemancangan (ton) P = Bacaan manometer (kg/cm²)
A = Total luas efektif penampang piston (cm²) Pada setiap mesin mempunyai dua buah piston. Untuk mesin kapasitas 70 ton :
Diameter piston hydraulic jack (1) = 162,2mm = 16,22 cm
(2) = 162,2 mm = 16,22 cm Luas penampang piston (1) = πr²
= π . 8,11² cm = 206,52 cm²
Total luas efektif penampang piston = (2 x 206,52) + (2 x 206,52) = 826,09 cm
2.8.4 Berdasarkan program Allpile
Allpile adalah program yang diproduksi oleh CivilTech Sofware untuk meneliti kapasitas beban tiang secara efisien dan dengan teliti. Allpile mampu menangani semua jenis tiang seperti tiang yang di bor, tiang pancang, tiang pipa baja, H pile, tiang kayu, tiang yang ujungnya runcing, tiang dengan pembesaran di ujung, pondasi dangkal, dan lain-lain. Program ini mampu melakukan perhitungan daya dukung ijin dan daya dukung ultimit tiang.
Program allpile mempunyai 6 data masukan, kita dapat lihat seperti gambar dibawah ini:
2). Halaman profil tiang ( Pile profil page )
3). Halaman properti tiang ( Pile property page )
Ada 7 langkah yang anda lakukan pada bagian ini, antara lain: Langkah 1. Pilih bentuk tiang;
Langkah 2. Pilih jenis material kulit bagian luar; Langkah 3. Pilih jenis material bagian dalam;
Langkah 4. Persen material bagian dalam dari luas total Langkah 5. Lebar dari tiang;
Langkah 6. Luas efektif, keliling I,E,G; Langkah 7. Tutup layar
4). Halaman kepala/ beban/ Kelompok tiang ( pile head/ load/ group page ) Pertama anda harus memilih kotak pilihan tiang tunggal atau kelompok. a). Tiang tunggal ( single pile )
Jika anda memilih tiang kelompok langkah-langkahnya antara lain: Langkah 1. Tampilan tiang kelompok;
Langkah 2. Kondisi kepala dari tiang kelompok Langkah 3. Kondisi beban dari tiang kelompok.
5). Halaman property tanah ( soil property page )
Ada 2 langkah yang dilakukan pada bagian ini, antara lain: Langkah 1. Masukkan muka air tanah;
Langkah 2. Masukkan data tanah. Tampilan parameter tanah
Ada 4 langkah yang dilakukan pada bagian ini, antara lain : Langkah 1. Pilih bahan;
Langkah 2. Masukkan nilai N;
Langkah 3. Edit data lain yang anda ketahui nilainya; Langkah 4. Tekan ( OK )
6). Halaman pilihan ( page option ) Halaman untuk hasil analisis vertical
2.9 Tiang Pancang Kelompok (Pile Group)
Pada keadaan sebenarnya jarang sekali didapatkan tiang pancang yang berdiri sendiri (Single Pile), akan tetapi kita sering mendapatkan pondasi tiang pancang dalam bentuk kelompok (Pile Group) seperti dalam Gambar 2.14.
Untuk mempersatukan tiang-tiang pancang tersebut dalam satu kelompok tiang biasanya diatas tiang tersebut diberi poer (footing). Dalam perhitungan poer dianggap/dibuat kaku sempurna, sehingga :
1. Bila beban-beban yang bekerja pada kelompok tiang tersebut menimbulkan penurunan, maka setelah penurunan bidang poer tetap merupakan bidang datar.
Gambar 2.14 Pola-pola kelompok tiang pancang khusus : (a) Untuk kaki tunggal, (b) Untuk dinding pondasi (Bowles, 1991)
2.9.1 Jarak antar tiang dalam kelompok
Berdasarkan pada perhitungan disyaratkan :
S ≥ 2,5 D S ≥ 3 D
Gambar 2.15 Jarak antar tiang dimana :
S = Jarak masing-masing. D = Diameter tiang.
Biasanya jarak antara 2 tiang dalam kelompok disyaratkan minimum 0,60 m dan maximum 2,00 m. Ketentuan ini berdasarkan pada pertimbangan-pertimbangan sebagai berikut :
1. Bila S < 2,5 D
Pada pemancangan tiang no. 3 (Gambar 2.16) akan menyebabkan :
a. Kemungkinan tanah di sekitar kelompok tiang akan naik terlalu berlebihan karena terdesak oleh tiang-tiang yang dipancang terlalu berdekatan.
2. Bila S > 3 D
Apabila S > 3 D maka tidak ekonomis, karena akan memperbesar ukuran/dimensi dari poer (footing).
Pada perencanaan pondasi tiang pancang biasanya setelah jumlah tiang pancang dan jarak antara tiang-tiang pancang yang diperlukan kita tentukan, maka kita dapat menentukan luas poer yang diperlukan untuk tiap-tiap kolom portal.
Gambar 2.16 Pengaruh tiang akibat pemancangan (Sardjono, 1991)
2.9.2 Perhitungan pembagian tekanan pada tiang pancang kelompok 2.9.2.1 Kelompok tiang yang menerima beban normal sentris
Beban yang bekerja pada kelompok tiang pancang dinamakan bekerja secara sentris apabila titik rangkap resultan beban-beban yang bekerja berimpit dengan titik berat kelompok tiang pancang tersebut. Dalam hal ini beban yang diterima oleh tiap-tiap tiang pancang adalah
Gambar 2.17 Beban normal sentris pada kelompok tiang pancang (Sardjono, 1991) N = n V ...………(2.14) dimana :
N = Beban yang diterima oleh tiap-tiap tiang pancang. V = Resultant gaya-gaya normal yang bekerja secara sentris. n = banyaknya tiang pancang.
2.9.2.2 Kelompok tiang yang menerima beban normal eksentris
Gambar 2.18 Beban normal eksentris pada kelompok tiang pancang (Sardjono, 1991).
Reaksi total atau beban aksial pada masing-masing tiang adalah jumlah dari reaksi akibat beban-beban V dan My, yaitu :
Qi = . 2 x n x M n V y i y ...………....…………(2.15) dimana :
Qi = Beban aksial pada tiang ke-i.
V = Jumlah beban vertikal yang bekerja pada pusat kelompok tiang. xi = Absis atau jarak tiang ke pusat berat kelompok tiang ke tiang
nomor-i.
My = Momen terhadap sumbu y. ∑x2
= Jumlah kuadrat jarak tiang-tiang ke pusat berat kelompok tiang.
2.9.2.3 Kelompok tiang yang menerima beban normal sentris dan momen yang bekerja pada dua arah
Kelompok tiang yang bekerja dua arah (x dan y), dipengaruhi oleh beban vertikal dan momen (x dan y) yang akan mempengaruhi terhadap kapasitas daya dukung tiang pancang.
Gambar 2.19 Beban sentris dan momen kelompok tiang arah x dan y (Sardjono, 1991)
Untuk menghitung tekanan aksial pada masing-masing tiang adalah sebagai berikut : Qi = . 2 . 2 y n y M x n x M n V x i x y i y ...………(2.16) dimana :
Qi = Beban aksial pada tiang ke-i.
V = Jumlah beban vertikal yang bekerja pada pusat kelompok tiang. Mx = Momen yang bekerja pada bidang yang tegak lurus sumbu x. My = Momen yang bekerja pada bidang yang tegak lurus sumbu y. n = Banyaknya tiang pancang dalam kelompok tiang pancang (pile
group).
xi,yi = Absis atau jarak tiang ke pusat berat kelompok tiang ke tiang nomor-i.
∑x2
= Jumlah kuadrat absis-absis tiang pancang. ∑y2
= Jumlah kuadrat kordinat-kordinat tiang pancang.
2.10 Kapasitas Kelompok dan Effisiensi Tiang Pancang
Jika kelompok tiang pancang dalam tanah lempung lunak, pasir tidak padat atau timbunan, dengan dasar tiang yang bertumpu pada lapisan kaku, maka kelompok tiang tersebut tidak mempunyai resiko akan mengalami keruntuhan geser umum asalkan diberikan faktor aman yang cukup terhadap bahaya keruntuhan tiang tunggalnya. Akan tetapi, kelompok tiang masih tetap harus di pancang secara keseluruhan ke dalam tanah lempung lunak.
Pada kelompok tiang yang dasarnya bertumpu pada lapisan lempung lunak, faktor aman terhadap keruntuhan blok harus diperhitungkan. Terutama untuk jarak tiang-tiang yang dekat. Pada tiang yang dipasang pada jarak yang besar, tanah diantara tiang-tiang bergerak sama sekali ketika tiang bergerak kebawah oleh akibat beban yang bekerja. Tetapi, jika jarak tiang-tiang terlalu dekat saat tiang turun oleh akibat beban tanah diantara tiang-tiang juga ikut bergerak turun. Pada kondisi ini, kelompok tiang dapat dianggap sebagai satu tiang besar dengan lebar yang sama dengan lebar kelompok tiang. Saat tanah yang mendukung beban kelompok tiang ini mengalami keruntuhan, maka model keruntuhannya disebut keruntuhan blok . Jadi, pada keruntuhan blok tanah yang terletak diantara tiang bergerak kebawah bersama-sama dengan tiangnya. Mekanisme keruntuhan yang demikian dapat terjadi pada tipe-tipe tiang pancang maupun tiang bor.
Gambar 2.20 Tipe keruntuhan dalam kelompok tiang : (a) Tiang tunggal, (b) Kelompok tiang (Hardiyatmo, 2002)
Gambar 2.21 Daerah friksion pada kelompok tiang dari tampak samping
Gambar 2.22 Daerah friksion pada kelompok tiang dari tampak atas
Effisiensi kelompok tiang tergantung pada beberapa faktor, diantaranya : 1. Jumlah tiang, panjang, diameter, pengaturan, dan terutama jarak antara as
tiang.
2. Modus pengalihan beban (gesekan selimut atau tahanan ujung). 3. Prosedur pelaksanaan konstruksi (tiang pancang atau bor). 4. Urutan instalasi tiang.
5. Jangka waktu setelah pemancangan.
Kapasitas ultimit kelompok tiang dengan memperlihatkan faktor efisiensi tiang dinyatakan dengan rumus sebagai berikut :
Qg = Eg . n . Qa ………...……….……….. (2.17) Dimana :
Qg = Beban maksimum kelompok tiang yang mengakibatkan keruntuhan Eg = Efisiensi kelompok tiang
n = Jumlah tiang dalam kelompok Qa = Beban maksimum tiang tunggal
Beberapa persamaan efisiensi tiang telah diusulkan untuk menghitung kapasitas kelompok tiang, namun semuanya hanya bersifat pendekatan. Persamaan-persamaan yang diusulkan didasarkan pada susunan tiang dengan mengabaikan panjang tiang, variasi bentuk tiang yang meruncing, variasi sifat tanah dengan kedalaman dan pengaruh muka air tanah. Berikut adalah metode-metode untuk perhitungan efisiensi tiang tersebut adalah:
1. Converse-Labarre Formula, sebagai berikut : Eg =
' . . 90 ' . 1 ' . 1 ' 1 n m n m m n ………...……..……… (2.18) Dimana :Eg = Efisiensi kelompok tiang m = Jumlah baris tiang
n’ = Jumlah tiang dalam satu baris θ = Arc tg d/s, dalam derajat s = Jarak pusat ke pusat tiang
2. Metode Los Angeles Group Eg = 1 – ' . . nm s D
1 1 2 1 ' 1 ' n m m n n m ………...….. (2.19) Dimana:Eg = Efisiensi kelompok tiang. m = Jumlah baris tiang.
n’ = Jumlah tiang dalam satu baris. s = Jarak pusat ke pusat tiang. d = Diameter tiang
2.11 Faktor Keamanan
Untuk memperoleh kapasitas ujung tiang, maka diperlukan suatu angka pembagi kapasitas ultimit yang disebut dengan faktor aman (keamanan) tertentu. Faktor keamanan ini perlu diberikan dengan maksud :
1. Untuk memberikan keamanan terhadap ketidakpastian metode hitungan yang digunakan.
2. Untuk memberikan keamanan terhadap variasi kuat geser dan kompresibilitas tanah.
3. Untuk meyakinkan bahwa bahan tiang cukup aman dalam mendukung beban yang bekerja.
4. Untuk meyakinkan bahwa penurunan total yang terjadi pada tiang tunggal atau kelompok tiang masih dalam batas – batas toleransi.
5. Untuk meyakinkan bahwa penurunan tidak seragam diantara tiang-tiang masih dalam batas-batas toleransi.
Sehubungan dengan alasan butir (4) dari hasil banyak pengujian - pengujian beban tiang, baik tiang pancang maupun tiang bor yang berdiameter kecil sampai sedang (600 mm), penurunan akibat beban kerja (working load) yang terjadi lebih kecil dari 10 mm untuk faktor aman yang tidak kurang dari 2,5 (Tomlinson, 1977)
Besarnya beban bekerja (working load) atau kapasitas tiang izin dengan memperhatikan keamanan terhadap keruntuhan adalah nilai kapasitas ultimit (Qu) dibagi dengan faktor aman (FS) yang sesuai. Variasi besarnya faktor aman yang telah banyak digunakan untuk perancangan pondasi tiang, tergantung pada jenis tiang dan tanah berdasarkan data laboratorium sebagai berikut:
Qa = 5 , 2 u Q …..……….……...…….………….…….(2.20)
Beberapa peneliti menyarankan faktor keamanan yang tidak sama untuk tahanan gesek dinding dan tahanan ujung. Kapasitas izin dinyatakan dalam persamaan sebagai berikut :
Qa = 5 , 1 3 s b Q Q ………...………….…….….……..(2.21)
Penggunaan faktor keamanan 1,5 untuk tahanan gesek dinding (Qs) yang harganya lebih kecil dari faktor keamanan tahanan ujung yang besarnya 3, karena nilai puncak tahanan gesek dinding dicapai bila tiang mengalami penurunan 2 sampai 7 mm, sedang tahanan ujung (Qb) membutuhkan penurunan yang lebih besar agar tahanan ujungnya bekerja secara penuh. Jadi maksud penggunaan faktor keamanan tersebut adalah untuk meyakinkan keamanan tiang terhadap
keruntuhan dengan mempertimbangkan penurunan tiang pada beban kerja yang diterapkan.
2.12 Tiang Mendukung Beban Lateral
Pondasi tiang sering harus dirancang dengan memperhitungkan beban-beban horisontal dan lateral, seperti beban-beban angin, tekanan tanah lateral yang harus didukung pondasi tiang bergantung pada rangka bangunan yang mengirim gaya lateral tersebut ke kolom bagian bawah. Jika tiang dipasang vertikal dan dirancang untuk mendukung beban horisontal yang cukup besar, maka bagian atas dari tanah pendukung harus mampu menahan gaya tersebut, sehingga tiang-tiang tidak mengalami gerakan lateral yang berlebihan.
Gaya lateral yang terjadi pada tiang bergantung pada kekakuan atau tipe tiang, macam tanah, penanaman ujung tiang kedalam pelat penutup kepala tiang, sifat gaya-gaya dan besar defleksi. Jika gaya lateral yang harus didukung tiang sangat besar, maka dapat digunakan tiang miring.
2.12.1 Metode Broms (Tiang dalam Tanah Granuler)
Untuk tiang dalam tanah granuler (c = 0), Broms (1964) menganggap sebagai berikut :
1. Tekanan tanah aktif yang bekerja di belakang tiang, diabaikan.
2. Distribusi tekanan tanah pasif di sepanjang tiang bagian depan sama dengan 3 kali tekanan tanah pasif Rankine.
3. Bentuk penampang tiang tidak berpengaruh terhadap tekanan tanah ultimit atau tahanan lateral ultimit.
4. Tahanan lateral sepenuhnya termobilisasi pada gerakan tiang yang diperhitungkan.
Tahanan tanah ultimit (pu) sama dengan 3 kali tekanan pasif Rankine
adalah didasarkan pada bukti empiris yang diperoleh dari membandingkan hasil pengamatan dan hitungan beban ultimit yang dilakukan oleh Broms. Hasil ini menunjukkan bahwa pengambilan faktor pengali 3 dalam beberapa hal mungkin terlalu hati-hati, karna nilai banding rata-rata antara hasil hitungan dan beban ultimit hasil pengujian tiang adalah kira-kira 2/3. Dengan anggapan tersebut, distribusi tekanan tanah dapat dinyatakan oleh persamaan:
pu = 3 po Kp ………...……….………... (2.22)
dengan,
po = tekanan overburden efektif
Kp = (1 + sin υ’)/(1 – sin υ’) = tg2 (45°+υ/2)
υ’ = sudut gesek dalam efektif
Gaya lateral ultimit untuk tiang ujung bebas, dengan mengambil momen terhadap ujung bawah,
Hu =
L e K dL p 3 2 1 ………...…...……...………… (2.23)Momen maksimum terjadi pada jarak f di bawah permukaan tanah, di mana:
Hu = (3/2) γ d Kp f ………...……..…… (2.24) dan f = 0,82 p u dK H .………...……...……….. (2.25)
sehingga momen maksimum dapat dinyatakan oleh persamaan :
Jika pada persamaan (2.23), diperoleh Hu yang bila disubstitusikan
kedalam persamaan (2.24) menghasilkan Mmak>My, maka tiang akan berkelakuan
seperti tiang panjang. Kemudian besarny Hu dapat dihitung dari persamaan –
persamaan (2.23) dan (2.24), yaitu dengan mengambil Mmak =My. persamaan –
persamaan untuk menghitung Hu dalam tinjauan tiang panjang yang diplot dalam
grafik hubungan Hu/(KpB3γ) dan Mu/(B4γKp) ditunjukan dalam gambar 2.24b. Bila
tanah pasir terendam air, maka berat volume tanah (γ) yang dipakai adalah berat volume apung (γ’).
(b)
Gambar 2.23 Tiang ujung bebas pada tanah granuler a) Tiang pendek
b) Tiang panjang (Broms, 1964)
Pada tiang ujung jepit, asumsi tahanan momen pada kepala tiang paling sedikit sama dengan My akan dipakai lagi. Model keruntuhan untuk tiang – tiang
pendek, sedang dan tiang panjang, secara pendekatan diperlihatkan dalam gambar 2.23 untuk tiang ujung jepit yang kaku, keruntuhan tiang berupa translasi, beban lateral ultimit dinyatakan oleh:
(a) tiang ujung pendek
(b) Tiang panjang
Gambar 2.24 Tahanan Lateral ultimit tiang dalam tanah granuler
Persamaan (2.27) diplot dalam bentuk grafik ditunjukkan dalam gambar 2.24a. gambar tersebut hanya berlaku jika momen negatif yang bekerja pada
kepala tiang lebih kecil dari tahanan momen tiang (My). Momen (negatif) yang
terjadi pada kepala tiang, dihitung dengan persamaan:
Mmak = (2/3) Hu L = γ d L3 Kp ………..…… ………….……… (2.28)
Jika Mmak>My, maka keruntuhan tiang dapat digarapkan akan berbentuk seperti yang ditunjukan dalam gambar 2.25b. Dengan memperhatikan keseimbangan horizontal tiang pada gambar 2.25b ini, dapat diperoleh:
F = (3/2) γ dL2
Kp - Hu ……….…….……..………. (2.29)
Dengan mengambil momen terhadap kepala tiang (pada permukaan tanah) dan dengan mensubstitusikan F pada persamaan (2.29), maka dapat diperoleh (untuk Mmak>My) :
My = (1/2) γ dL3 Kp - HuL ……….…….. (2.30)
Harga My dalam perhitungan pondasi tiang menahan gaya lateral
merupakan momen maksimum yang mampu ditahan tiang (ultimate bending
moment). Dari persamaan (2.30), Hu dapat diperoleh.
Perhatikan, persamaan (2.30) hanya dipakai jika momen maksimum pada kedalaman f lebih kecil daripada My, jarak f dihitung dari persamaan (2.29). kasus yang lain, jika tiang berkelakuan seperti yang ditunjukan dalam gambar 2.25b (momen maksimum mencapai My di dua lokasi), Hu dapat diperoleh dari persamaan : Hu = 3 2 2 f y e M …………..………....……… (2.31)
dengan f dapat diperoleh dari persamaan (2.29).
Dari persamaan (2.31), dapat diplot grafik yang ditunjukan dalam gambar 2.25b. Beberapa pengujian yang dilakukan Broms (1964) untuk mengecek ketepatan ketepatan persamaan – persamaan yang diusulkan, menunjukan bahwa
untuk tanah granuler (c = 0), nilai banding antara momen lentur hasil pengamatan pengujian menunjukan angka – angka diantara 0,54 – 1,61, dengan nilai rata – rata 0,93.
(a) (b) Gambar 2.25 Tiang ujung jepit dalam tanah granuler
(a) Tiang pendek
(b) Tiang panjang (Broms, 1964) Gaya Horizontal pada masing masing tiang
n
H ………..…….………...……… (2.32)
Defleksi lateral untuk tiang ujung jepit yo =
35
25 93 , 0 p p h E I n H ……..………... (2.33)yo = defleksi tiang akibat beban lateral (m)
nh = koefisien variasi modulus Terzaghi (tanah granuler pasir lembab atau kering = 2425 kN/m3)
Ep = modulus elastisitas pondasi (kg/cm2)
= 200000 Mpa untuk baja
= σr adalah tegangan referensi 0,10 Mpa
Ip = momen inersia tampang pondasi (cm4)
Untuk tiang dalam tanah granuler (pasir, kerikil), defleksi tiang akibat beban lateral, dikaitkan dengan besaran tak berdimensi αL dengan
α = 5 1 p p h I E n …...………..… (2.34)
Tabel II.7 Nilai-nilai nh untuk tanah granuler (c = 0)
Kerapatan relatif (Dr) Tak padat Sedang Padat Interval nilai A 100 - 300 300 – 1000 1000 – 2000
Nilai A dipakai 200 600 1500
nh, pasir kering atau lembab
(Terzagi) (kN/m3)
2425 7275 19400
Nh, pasir terendam air
(kN/m3) Terzagi Reese dkk 1386 5300 4850 16300 11779 34000
2.12.2. Metode Brinch Hansen
Metode Brinch Hansen (1961) dapat digunakan untuk menghitung tahanan lateral ultimit pada tiang – tiang pendek. Cara yang relatif sederhana ini dapat digunakan untuk lapisan tanah yang uniform maupun yang berlapis – lapis. Dalam cara ini, tahanan rotasi tiag yang kaku pada titik x diberikan oleh jumlah momen tahanan – tahanan tanah diatas dan di bawah titik tersebut.
Gambar 2.26 Metode Brinch Hansen (1961)
Ditinjau tiang yang menahan gaya lateral, dan terletak pada tanah yang mempunyai kohesi dan gesekan (tanah c – φ) (gambar 2.16). persamaan tahanan ultimate lateral tanah pada sembarang kedalaman z yang didasarkan pada teori tekanan tanah lateral, adalah sebagai berikut:
pu = po Kq + c Kc ………...……… (2.35)
dengan,
po = tekanan overburden vertical
c = kohesi
Ko Kq = faktor yang merupakan fungsi φ dan z/d
Nilai – nilai hubungan Kc dan Kq terhadap nilai z/d yang diberikan oleh
Brinch Hansen (1961) ditunjukan dalam Gambar 2.27. tahanan tanah pasif pada tiap elemen horisontal adalah sebesar pud (L/n).
Gambar 2.27 Koefisien tahanan lateral (Hansen, 1961)
Jika kepala tiang terjepit (tiang jepit), tinggi ekivalen e1 (gambar 2.26) dari
gaya H terhadap permukaan tanah dinyatakan oleh :
e1 = (e + zf) /2 ………...………...…(2.36)
dengan e adalah jarak gaya H terhadap permukaan tanah dan zf adalah jarak muka
tanah terhadap titik jepit sebenarnya (virtual vixity). Jarak zf tidak diketahui pada
tahaap ini. Namun untuk maksud praktis, zf dapat diambil 1,5 m bila tanah berupa
tanah pasir atau lempung kaku, dan 3 m untuk tanah lempung lunak atau lanau. Sebuah metode sederhana perhitungan beban utama, yang mungkin cukup akurat untuk kasus pembebanan jangka panjang pada pondasi tiang pendek atau tiang panjang, dimana luas penampang diatur oleh pertimbangan – pertimbangan gaya tekan yang relatif tinggi untuk mengasumsikan zf. Dari gambar 2.28,
Gambar 2.28 Tiang menonjol mengalami beban lateral
Gaya lateral ultimit pada pondasi tiang ujung bebas Hu = Mu/(e +zf) ……….(2.37)
